高反射涂料应用于建筑屋顶的节能效果研究

摘要：将对太阳辐射热具有高反射性能的涂料(本文简称高反射涂料)应用于建筑屋顶，以达到减少屋顶对太阳辐射热量的吸收，从而降低夏季空调通风能耗的技术在国内外已有一些应用，但结合实测及模拟的研究尚不多见。
　　前言
　　将对太阳辐射热具有高反射性能的涂料(本文简称高反射涂料)应用于建筑屋顶，以达到减少屋顶对太阳辐射热量的吸收，从而降低夏季空调通风能耗的技术在国内外已有一些应用，但结合实测及模拟的研究尚不多见。本文通过对位于广州地区的某厂房进行实测及CFD模拟，研究高反射涂料在降低建筑屋顶表面温度及其室内温度场的改善作用。
　　高反射涂料的作用原理
　　太阳辐射热是造成建筑室内空调负荷的主要构成之一，对屋面涂刷高反射涂料将减少对太阳辐射热量的吸收，降低通过屋面传入室内的热量。文献将反射率定义为根据太阳辐射波谱的能量分布，在全波长范围进行积分的积分值。
　　在各种波长辐射中，能转化为热能的主要是可见光和红外线，到达地面的太阳辐射能量中两者能量约各占一半。如图1所示。本文研究的高反射涂料，对于可见光区域的反射率与普通材料相差不多，但是在红外线区域，其对辐射的反射率与普通材料相比有显著提高。见图2。研究中所选高反射涂料在红外线区域的反射率很高，通过积分计算得到其在达到地面的主要波段上的平均反射率为74%，而未涂高反射涂料，即涂刷相同颜色普通对比涂料屋面的反射率为44%。

　　测试概况
　　本研究于2007年7月对广州地区某厂房实施涂料有无时的效果测试(连续测试)，测试内容包括屋顶内测表面温度、外侧表面温度及室内温度。广州市属于南亚热带海洋性气候，夏季盛吹东南风。根据气象局的统计数据，夏季平均风速约为1.86m/s，根据下式

　　肌酸得屋面与周围空气对流换热系数为13.92 W/m2·K。数据处理过程用到的气象数据为逐时室外温度、太阳直接辐射量和散射辐射量，采用广东省气候中心提供的实测数据。上述气象及测试数据情况汇总如图3所示。

　　实测数据及分析
　　采取简易传热计算，基本原理如图5所示。以7月22日12点数据为例，计算比较此时涂装涂料前后进入室内热流量的变化(图6)。按照如上计算方法对数据进行整理，结果如图7、8所示。


　　通过以上分析可以得知：涂刷高反射涂料后，屋面外侧及内侧温度都有所降低，日间平均温度降幅分别为1.7℃和1℃，最大温度降幅分别为6.8℃和4.3℃。涂装高反射涂料后，经屋面的传热量有较大的减少，日间平均减少约48.8 W/m2，夜间变化较小。可见涂装高反射涂料降低了屋面的温度并且较大的减少了传入室内的热流量，从而减轻了空调通风负荷，达到节能的目的。目前本测试仍在进行中，今后将进一步研究高反射涂料的全年节能效果。
　　高反射涂料对室内温度场的影响
　　为了进一步探讨屋面的高反射涂料对室内温度场的影响，对测试厂房内温度场作CFD模拟分析。该厂房长100m,宽50m，高5m，朝向东南，平时主要用于储藏物品因此其中并无空调设施，平时没有人员出入。屋面及墙体材料均为0.5mm钢板加5mm保温玻璃棉。分析的重点在于涂刷高反射涂料前后引起室内温度场的改变，因此简化设定条件。以7月22日12点数据为例，主要边界条件见表1。

　　模拟结果见厂房长度方向上的中间截面温度分布图9、10。对比图9、10可以看出，虽然屋面内侧温度有无高反射涂料仅相差1.9℃，但是室内的温度场仍有所改善。

　　由于围护结构的蓄热性能，屋面内侧温降和外侧温降存在一定时间延迟，并且都滞后于太阳辐射量的变化。屋顶涂装高反射涂料后改善了室内温度场，对室内热舒适性的改善也有积极效果。
　　高反射涂料的应用还需进一步研究，其降低表面温度的效果受室外气象资料的影响很大，一般说来适用于以夏季空调为主，太阳辐射量较大的地区。
　　结论
　　综上所述，屋顶涂装高反射涂料后，屋面外侧及内侧表面温度都有所降低，最大降幅分别为6.8℃和4.3℃，显示实施高反射涂料将有利于减小空调通风负荷，实现建筑物的节能减排。